閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)測(cè)試

經(jīng)過我們前幾期的介紹,，相信很多讀者對(duì)3D打印技術(shù)已經(jīng)有一定的了解了,，不過這種了解還建立在抽象的技術(shù)解析和描述中。究竟3D打印是不是真的有那么神奇,，真的能夠“打”出萬(wàn)物嗎,？本期，電腦報(bào)評(píng)測(cè)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,、羅克韋爾實(shí)驗(yàn)室對(duì)閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)進(jìn)行了一番詳細(xì)的評(píng)測(cè),，通過這次評(píng)測(cè)，我們可以看出目前民用級(jí)的3D打印技術(shù)究竟達(dá)到了怎樣的水準(zhǔn),，3D打印還有多遠(yuǎn)的路要走,。
3D打印技術(shù)對(duì)比

3D打印技術(shù)實(shí)際上是一系列快速原型成型技術(shù)的統(tǒng)稱，其基本原理都是疊層制造,，由快速原型機(jī)在X-Y平面內(nèi)通過掃描形式形成工件的截面形狀,，而在Z坐標(biāo)間斷地作層面厚度的位移，最終形成三維制件,。目前市場(chǎng)上的快速成型技術(shù)分為3DP 技術(shù),、FDM熔融層積成型技術(shù)、SLA立體平版印刷技術(shù),、SLS選區(qū)激光燒結(jié),、DLP激光成型技術(shù)和UV紫外線成型技術(shù)等。

3DP技術(shù)：采用3DP技術(shù)的3D打印機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印技術(shù),，通過將液態(tài)連結(jié)體鋪放在粉末薄層上,，以打印橫截面數(shù)據(jù)的方式逐層創(chuàng)建各部件，創(chuàng)建三維實(shí)體模型,，采用這種技術(shù)打印成型的樣品模型與實(shí)際產(chǎn)品具有同樣的色彩,，還可以將彩色分析結(jié)果直接描繪在模型上，模型樣品所傳遞的信息較大,。

FDM熔融層積成型技術(shù)：FDM熔融層積成型技術(shù)是將絲狀的熱熔性材料加熱融化,，同時(shí)三維噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)截面輪廓信息,，將材料選擇性地涂敷在工作臺(tái)上,，快速冷卻后形成一層截面。一層成型完成后,，機(jī)器工作臺(tái)下降一個(gè)高度（即分層厚度）再成型下一層,，直至形成整個(gè)實(shí)體造型。其成型材料種類多,，成型件強(qiáng)度高,、精度較高，主要適用于成型小塑料件。

SLA立體平版印刷技術(shù)：SLA立體平版印刷技術(shù)以光敏樹脂為原料,，通過計(jì)算機(jī)控制激光按零件的各分層截面信息在液態(tài)的光敏樹脂表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描,，被掃描區(qū)域的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化,，形成零件的一個(gè)薄層,。一層固化完成后，工作臺(tái)下移一個(gè)層厚的距離,，然后在原先固化好的樹脂表面再敷上一層新的液態(tài)樹脂,，直至得到三維實(shí)體模型。該方法成型速度快,，自動(dòng)化程度高,，可成形任意復(fù)雜形狀，尺寸精度高,，主要應(yīng)用于復(fù)雜,、高精度的精細(xì)工件快速成型。

SLS選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)：SLA立體平版印刷技術(shù)是通過預(yù)先在工作臺(tái)上鋪一層粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末）,，然后讓激光在計(jì)算機(jī)控制下按照界面輪廓信息對(duì)實(shí)心部分粉末進(jìn)行燒結(jié),，然后不斷循環(huán)，層層堆積成型,。該方法制造工藝簡(jiǎn)單,，材料選擇范圍廣，成本較低,，成型速度快,，主要應(yīng)用于鑄造業(yè)直接制作快速模具。

DLP激光成型技術(shù)：DLP激光成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似,，不過它是使用高分辨率的數(shù)字光處理器(DLP)投影儀來(lái)固化液態(tài)光聚合物,，逐層的進(jìn)行光固化，由于每層固化時(shí)通過幻燈片似的片狀固化,，因此速度比同類型的SLA立體平版印刷技術(shù)速度更快,。該技術(shù)成型精度高，在材料屬性,、細(xì)節(jié)和表面光潔度方面可匹敵注塑成型的耐用塑料部件,。

UV紫外線成型技術(shù)：UV紫外線成型技術(shù)和SLA立體平版印刷技術(shù)比較相似類似，不同的是它利用UV紫外線照射液態(tài)光敏樹脂,，一層一層由下而上堆棧成型,，成型的過程中沒有噪音產(chǎn)生，在同類技術(shù)中成型的精度最高,，通常應(yīng)用于精度要求高的珠寶和手機(jī)外殼等行業(yè),。

編注：從各3D打印技術(shù)的原理、3D打印設(shè)備體積及3D打印成本來(lái)看,，對(duì)于個(gè)人消費(fèi)者來(lái)說(shuō)采用FDM熔融層積成型技術(shù)的設(shè)備是整體成本最低且占用空間最小的,，因此我們可以看到目前市面上面向普通消費(fèi)者銷售的3D打印機(jī)都是基于FDM熔融層積成型技術(shù)的,。我們本次測(cè)試的閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)就是基于該技術(shù)的。

3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)分析

和通常我們見到的打印機(jī)一樣,，3D打印機(jī)也是由控制電路,、驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)處理電路,、電源及輸入輸出模塊這幾個(gè)部分構(gòu)成,。我們?cè)谥貞c大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院羅克韋爾實(shí)驗(yàn)室將閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)拆解開來(lái)，對(duì)其主要元器件逐個(gè)進(jìn)行分析,。

從外觀來(lái)看,，采用FDM熔融層積成型技術(shù)面相的個(gè)人消費(fèi)者的3D打印機(jī)的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，甚至有點(diǎn)簡(jiǎn)陋,，不過也正是這樣的原因才能夠?qū)?D打印機(jī)的價(jià)格從幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)美元降低到幾千元人民幣,。目前，消費(fèi)級(jí)的3D打印機(jī)主要都由PC電源,、主控電路,、步進(jìn)電機(jī)及控制電路、高溫噴頭和工件輸出基板這幾個(gè)部分組成,，外面用木板來(lái)固定,，采用非密閉式鑄模平臺(tái)。我們測(cè)試的這款閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)相對(duì)比較高端,，不僅能夠通過USB連接線連接電腦進(jìn)行打印控制,，還能夠插入儲(chǔ)存有3D模型文件的SD卡，通過LCD打印控制界面來(lái)進(jìn)行控制打印,。

我們可以看到其核心是一塊采用ATmega1280-16AU（16MHz）8位AVR微處理器的主電路板,，通過這塊主電路板將處理后的3D模型文件轉(zhuǎn)換成X、Y,、Z軸和噴頭供料的步進(jìn)電機(jī)數(shù)據(jù),，交給4個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制電路進(jìn)行控制，然后讓步進(jìn)電機(jī)控制電路控制工件輸出基板的X-Y平面移動(dòng),、噴頭的垂直移動(dòng)和噴頭供料的速度,，比較精確地讓高溫噴頭將原料（ABS塑料絲）融化后一層一層地噴在工件輸出基板上，形成最終的實(shí)體模型,。

從硬件結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō),，閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)并不復(fù)雜，成本也并不是太高,，據(jù)重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副院長(zhǎng)林景棟教授介紹其主控制電路成本也就100元左右,，一套步進(jìn)電機(jī)和控制電路的成本也在100元左右，可加熱的工件輸出基板和噴頭成本也不是太高。在得知它配備的航嘉磐石355電源售價(jià)超過200元后,，自動(dòng)化學(xué)院的廖孝勇老師笑著對(duì)我們說(shuō),，這個(gè)電源可能是這款打印機(jī)里面硬件成本最高的配件。
工作中的閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī),，其X軸和Y軸采用皮帶傳動(dòng),，Z軸為精度更高的螺桿傳動(dòng)，左側(cè)的白色塑料絲就是3D打印的原材料

原本直徑為1.7mm的ABS塑料絲經(jīng)過溫度高達(dá)225℃的高溫噴頭,，噴出直徑為0.4mm的細(xì)絲
步進(jìn)電機(jī)控制高溫噴頭將融化后的ABS塑料絲噴在110℃輸出基板上,，將輸出模型的底板固定,，然后開始逐層打印
閃鑄AdventurerⅢ 3D打印機(jī)由主電路板,、4個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制電路板、1個(gè)噴頭控制電路板構(gòu)成
主電路板采用標(biāo)準(zhǔn)的PC電源接口,，所有步進(jìn)電機(jī)控制電路板和噴頭控制電路板所需的控制信號(hào)都由主電路板發(fā)出
以ATmega1280-16AU 8位AVR微處理器為核心的主電路板
單芯片的步進(jìn)電機(jī)控制電路,，結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單